橡膠因其具有良好的耐酸堿腐蝕、耐油、耐熱性能，被廣泛用于核電廠海水環(huán)境及酸堿環(huán)境中重要管道和設備的襯里。管道和設備材料一般采用耐蝕性較低的碳鋼，橡膠是其唯一的防腐蝕屏障，其老化狀態(tài)直接影響設備結(jié)構(gòu)的完整性。因此，為核電廠設備的襯膠制定老化管理策略具有重要意義。

1 襯膠老化的規(guī)律

在開展襯膠老化管理時，需充分了解襯膠壽命周期內(nèi)的損傷規(guī)律，制定相匹配的老化評估策略。一般情況下，襯膠的損傷變化曲線符合“浴盆曲線”，如下圖所示。

襯膠在壽命周期內(nèi)的損傷規(guī)律

設備服役前3年，在設計、產(chǎn)品選型、施工、保養(yǎng)、安裝修復等階段，襯膠潛在缺陷會集中表現(xiàn)出來。當接近襯膠壽命的末期時，缺陷數(shù)量快速增加，理化性能快速下降。根據(jù)運行經(jīng)驗，襯膠壽命通常為15~30年，橡膠類型、環(huán)境工況、壽命周期內(nèi)的管理水平等因素對其壽命也有一定的影響。在襯膠壽命的中間階段，其性能相對穩(wěn)定。

2 襯膠設備的腐蝕情況分級

根據(jù)襯膠設備的重要性、設備服役環(huán)境的腐蝕性、冗余度及檢修難度等因素，對襯膠設備進行分級。不同等級的襯膠設備，在管理投入上存在較大的差異。

1級設備：

與強腐蝕性介質(zhì)接觸或設備失效影響核安全的襯膠設備。典型設備包括：

水系統(tǒng)管道、過濾器

循環(huán)水過濾系統(tǒng)管道、過濾器

循環(huán)水處理系統(tǒng)鹽酸儲罐

凝結(jié)水凈化處理系統(tǒng)鹽酸儲罐

除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)鹽酸儲罐

2級設備：

與一般腐蝕性介質(zhì)接觸或設備失效將影響發(fā)電的襯膠設備。典型設備包括：

凝結(jié)水抽取系統(tǒng)水室

循環(huán)水系統(tǒng)管道

輔助冷卻水系統(tǒng)管道、過濾器

凝汽器真空系統(tǒng)管道

常規(guī)島閉路冷卻水系統(tǒng)管道

3級設備：

與弱腐蝕性介質(zhì)接觸或設備失效在可控范圍內(nèi)的襯膠設備。典型設備包括：

凝結(jié)水凈化處理系統(tǒng)管道、非鹽酸儲罐

除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)管道、非鹽酸儲罐

3 老化檢查策略制定

01 老化檢查方法

老化檢查方法分為兩類，分別為老化缺陷檢查和老化狀態(tài)評估檢查。

老化缺陷檢查主要包括目視檢查、叩診檢查、厚度檢測、硬度檢測及電火花檢測等；

老化狀態(tài)評估檢查主要是對襯膠的老化狀態(tài)進行評估以及對襯膠剩余壽命進行預測，主要對粘合強度、拉伸強度、延伸率、干燥減重率等進行檢測。

根據(jù)襯膠的老化規(guī)律，在襯膠壽命的中間階段，老化檢查策略應以老化缺陷檢查為主、老化狀態(tài)評估檢查為輔；在壽命的末期，應以老化狀態(tài)評估檢查為主，避免出現(xiàn)襯膠整體失效，從而影響設備安全運行。

在老化缺陷檢查發(fā)現(xiàn)以下情況時，應開展老化狀態(tài)評估檢查：

01 橡膠表面存在嚴重變色、粉化或密集微小鼓泡。

02 在排除厚度因素干擾情況下，硬度檢測值比基準值高15A以上。

03 襯膠缺陷數(shù)量顯著增加。

04 其它預示襯膠可能存在整體老化的情況。

02 老化檢查周期

襯膠老化檢查周期應該是可以動態(tài)調(diào)整的，在確保設備可靠性的前提下可延長項目周期，以減少不必要的資源投入和避免設備過度維修。各級襯膠設備的檢查周期可進行適當調(diào)整，但在壽命初期必須開展零點檢測，獲取襯膠的基礎數(shù)據(jù)。推薦的老化檢查周期如下表所示：

核電廠襯膠設備的老化檢查周期

注：T代表年限，以商運作為起點，如T3為商運第3年。“△”代表必須執(zhí)行，“○”代表選擇執(zhí)行，“－”代表不執(zhí)行。

4 老化狀態(tài)評估

應結(jié)合外觀缺陷的檢查情況和物理性能檢測結(jié)果對襯膠老化狀態(tài)進行綜合評估，根據(jù)外觀缺陷的嚴重程度以及物理性能的下降程度，從輕微到嚴重分為A、B、C三個等級。

外觀缺陷檢查直接影響襯膠的完整性等級，以鼓泡、破損、脫落等缺陷數(shù)量和缺陷遞增速度為衡量標準，如下表所示，外觀缺陷指破損或直徑超過5mm的鼓泡；表面積為15~50m2的容器應增加2倍系數(shù)；表面積大于50m2的容器應增加3倍系數(shù)。

襯膠外觀缺陷分級

物理性能檢測的優(yōu)先級順序為厚度、黏合強度、抗拉強度、拉斷伸長率、質(zhì)量變化率和硬度，以性能下降百分比或絕對值為衡量標準，如下表所示：

襯膠剩余厚度（有效厚度）分級

襯膠黏合強度分級

襯膠抗拉強度分級

襯膠斷后伸長率分級

襯膠硬度分級

襯膠質(zhì)量變化率分級

通過上述指標對襯膠老化狀態(tài)進行評價，得出襯膠老化狀態(tài)評估分級和剩余壽命預測：

5 維修策略制定

國內(nèi)核電廠襯膠設備的維修以缺陷處理為主，通常對橡膠缺肉、破損、裂紋等可能造成穿透的缺陷進行維修，避免介質(zhì)與被襯設備直接接觸。維修方案的制定主要參考襯膠缺陷的類型、面積、深度、維修的可達性、金屬基體的腐蝕情況等，缺乏從老化角度評估襯膠的整體質(zhì)量以及襯膠剩余壽命預測的方法。綜合考慮襯膠的多種性能參數(shù)，結(jié)合襯膠的單一性能變化與整體質(zhì)量的關(guān)系，提出一套關(guān)于襯膠老化維修策略的制訂方法。

01 基本方法

當襯膠的老化評估等級為A級或B級時，老化維修策略以局部維修為主，根據(jù)缺陷的嚴重程度和面積，選擇膠泥或膠板進行修復。

當襯膠的老化評估等級為C級時，原則上應整體更換新襯膠。但是，整體更換襯膠的工程量較大、成本高，且維修工期緊，現(xiàn)場硫化效果較差。因此，在無法完全判斷是否需要整體更換襯膠的情況下，建議通過底層老化評估試驗進行驗證。

02 底層老化評估試驗

底層老化評估試驗是以母材側(cè)3mm厚的襯膠為試驗對象（見下圖），通過評估該處襯膠的整體老化狀態(tài)，為老化維修策略的制定提供深層次的判斷依據(jù)。

襯膠底層老化評估試驗

核電廠設備襯膠老化的誘發(fā)因素以介質(zhì)溶脹、機械應力為主，由于橡膠材質(zhì)的不均勻性，可能存在橡膠外側(cè)嚴重老化但內(nèi)側(cè)性能良好的現(xiàn)象。按照HG/T 20677-2013《橡膠襯里化工設備設計規(guī)范》的要求，襯里總厚度不宜小于3mm。因此，若母材側(cè)3mm厚襯膠的評估結(jié)果仍然為C級，則必須整體更換襯膠。

結(jié)束語

核電廠襯膠設備一般服役于強腐蝕性環(huán)境中，襯膠老化失效造成的后果極為嚴重，輕則造成被襯設備的腐蝕，重則導致核電廠喪失最終熱阱，核島設備襯膠老化還可能引發(fā)放射性物質(zhì)泄漏，造成污染。基于核電廠襯膠的老化機理，結(jié)合核電廠的管理經(jīng)驗及管理模式，提出了一套切實可行的核電廠襯膠設備的老化管理體系，在襯膠的分級、老化檢查、檢查周期、老化評估、剩余壽命預測及老化維修策略等方面提出了相關(guān)管理方法，以襯膠設備不發(fā)生突發(fā)性的嚴重事故作為管理底線，注重管理方法的可用性及實用性。